EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH - Special-Sensors for Automation

Infrarot-Detektoren - Typische Diagramme für Infrarotdetektoren

Infrarot – Temperatur

In den meisten Anwendungen ist die Ansprechtemperatur schaltender Sensoren und die Temperatur der heißen Fläche nicht identisch, sondern die Ansprechtemperatur des Infrarot-Sensors wird niedriger gewählt als es zur Erfassung der heißen Fläche notwendig wäre.
Dies ist sinnvoll, weil oft Temperaturschwankungen oder schwankende Abstrahlungen der Metalloberflächen vorkommen und der Infrarot-Detektor dann unerwünscht schalten würde. Daher wird die Ansprechtemperatur des Infrarot-Detektors 50…100 Grad niedriger gewählt. In anderen Anwendungen müssen Materialien erfaßt werden, die einen großen Temperaturbereich (300…600 ºC) überstreichen. Dann muß zwangsläufig die niedrigste vorkommende Temperatur noch erfaßbar sein, d.h. die Ansprechtemperatur des Infrarot-Detektors muß sehr niedrig gewählt werden. Es besteht daher immer ein Unterschied zwischen der Mediumtemperatur und der Ansprechtemperatur des Infrarot-Detektors. Dies ist die Differenztemperatur.
Der Zusammenhang zwischen Differenztemperatur und dem erreichten Blickwinkel ist im Diagramm 1 dargestellt.
Um den tatsächlichen Blickwinkel zu bestimmen, wählt man sich den Kreis mit der gewünschten oder geschätzten Differenztemperatur und sucht die Schnittpunkte mit den Strahlungsdiagrammen der Optiken A oder B. Hat man diese Schnittpunkte gefunden, so muß nur noch abgelesen werden, welcher WinkelStrahl durch diese Punkte läuft.

Beispiel: Differenztemperatur 100 Grad, 2°-Optik (B), Schnittpunkt Differenztemperatur-Kreis, Strahlungsdiagramm liegt auf Winkel-Strahl ± 1,2 Grad. Der tatsächlich erreichte Blickwinkel ist daher 2,4 Grad.
Durch die Eigenschaften der in dem Infrarot-Detektor verwendeten Foto-Elemente und der Infrarotoptik ist der tatsächlich erreichte Blickwinkel nicht konstant, sondern ist von der Mediumtemperatur abhängig; dieser Effekt ist vergleichbar mit der Überbelichtung einer Fotografie.

Infrarot Empfindlichkeit

Ist die heiße Fläche kleiner als das Blickfeld des InfrarotDetektors, so tritt in die Öffnung des Infrarot-Detektors weniger Energie ein, als bei voller Ausleuchtung. Dadurch wird die Temperatur durch den Infrarot-Detektor falsch bestimmt. Dieses kann korrigiert werden, wenn bekannt ist welcher Anteil des Blickfeldes von der heißen Fläche bedeckt ist.
Ist die Ausleuchtung unter 100 %, muß die Ansprechtemperatur des Infrarot-Detektors verringert werden, um die heiße Fläche zu erfassen. (Diagramm 2)

Ausleuchtung (%) = Objektoberfläche       
                             Detektor-Sichtfläche

Infrarot Diagramm

Für Infrarot-Detektoren mit sphärischen Optiken ist das Blickfeld immer kreisförmig. Für eine bestimmte Optik ergibt sich ein konstanter Blickwinkel (phi). In einer vorgegebenen Entfernung (A) „sieht“ der Infrarot-Detektor dann eine kreisförmige Fläche, die als Sichtfläche (B) bezeichnet wird. Ist eine heiße Fläche genau so groß wie das Blickfeld oder auch größer, so ist die Ausleuchtung 100% (Diagramm 3).

B = 2 x A x tan  Cos Phi 
                             2

Infrarot Empfindlichkeit

Die von einer heißen Fläche mit der Temperatur T ausgestrahlte Energie verteilt sich auf den ganzen umgebenden Raum. Je weiter der Infrarot-Detektor von der heißen Fläche entfernt ist, um so weniger Energie kann in die Optik des Infrarot-Detektors eintreten. Weil die Temperaturmessung im Infrarot-Detektor durch Umrechnung von Energie auf Temperatur erfolgt, mißt der Infrarot-Detektor eine immer kleinere Temperatur, je weiter er von der heißen Fläche entfernt ist. Je größer die Entfernung ist, um so mehr muß die Ansprechtemperatur des Infrarot-Detektors daher herabgesetzt werden (Diagramm 4).
Bei diesem Diagramm ist vorausgesetzt, daß das Blickfeld des Infrarot-Detektors immer voll ausgeleuchtet ist.

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